LCP塑料的成型技術(shù)

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一、導(dǎo)言 VECTRA(LCP)是一種具有獨(dú)特化學(xué)結(jié)構(gòu)的全芳香族液晶聚酯. 它的化學(xué)結(jié)構(gòu)和細(xì)微結(jié)構(gòu)與普通聚酯相比有很大區(qū)別,因此其基本物性和成型加工性也很獨(dú)特. VECTRA(LCp)全部具有熱塑性,可用市售的普通注射成型機(jī)進(jìn)行成型(但有些等級(jí)需要使用具備耐高溫和耐腐蝕系列的注塑機(jī)).VECTRA(LCP)通常在熔融時(shí)具有低粘度而在固化時(shí)具有高剛性,但在其機(jī)械特性中卻存在各向異性.下面介紹VECTRA工程塑料注射成型方面的基本方法,但特殊等級(jí)的成型問(wèn)題還需具體協(xié)商.二、預(yù)干燥 VECTRA的吸濕性非常小,如A等級(jí)聚合物在23℃、50％RH條件下的平衡吸濕量?jī)H為0.03%(300ppm)左右.由于VECTRA是聚酯類材料,因此即使進(jìn)行了防潮包裝,也應(yīng)在成型前進(jìn)行預(yù)干燥. 建議在140～160℃、4小時(shí)以上(最長(zhǎng)可達(dá)24小時(shí))的干燥條件下用除濕干燥機(jī)進(jìn)行干燥. 也可使用架式熱風(fēng)干燥機(jī)或斗式干燥機(jī).不論使用哪種,都應(yīng)調(diào)節(jié)熱風(fēng)溫度和風(fēng)量等以使粒料能夠按上述條件得到均勻干燥.尤其是在斗式干燥機(jī)的情況下,更應(yīng)注意防止短道(short pass)現(xiàn)象,并確保粒料溫度(而非設(shè)定溫度)達(dá)到上述溫度. 為了防止成型過(guò)程中再度吸濕,建議在成型時(shí)使用斗式干燥機(jī).三、回料的使用 如果按所建議的成型條件進(jìn)行成型,VECTRA將顯示出良好的熱穩(wěn)定性.根據(jù)實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果,即使進(jìn)行5次100％回收使用,其靜態(tài)強(qiáng)度和彈性模量也能保持初始值的75～90％.另請(qǐng)注意,反復(fù)回收會(huì)使材料輕微變黑.表1.五次回收時(shí)的物性下降情況(保持率%)物性E130iE473i拉伸強(qiáng)度8275拉伸彈性模量8382拉伸度105107彎曲強(qiáng)度8679彎曲彈性模量9386簡(jiǎn)支梁沖擊強(qiáng)度8680·使用100%回收材料 雖有上述實(shí)驗(yàn)事例,但回收材料的用量還是以保持在總量的25％左右為宜.這是因?yàn)?5％左右的摻入率會(huì)大大降低多次回料的比例,使新材料和1次回料的比例保持在93.8％.為了防止上述色相變化,也理應(yīng)采取這種做法. 回料大小不一有時(shí)會(huì)導(dǎo)致計(jì)量不穩(wěn)、卷入氣體、產(chǎn)生氣泡等問(wèn)題.為此,在使用回料時(shí)建議再造粒(re-pellet),如果使用粉碎材料則應(yīng)去除超大號(hào)顆粒和粉末以使粉碎料顆粒大小均勻.四、選擇成型機(jī) VECTRA可用普通螺桿式成型機(jī)進(jìn)行成型. 雖說(shuō)料筒溫度因VECTRA的等級(jí)類型而異,但估計(jì)最高溫度一般不超過(guò)380℃,因此普通成型機(jī)的加熱圈即可. 就塑化裝置的大小而言,1次注射量最好為成型機(jī)最大注射量的50～75％. VECTRA可用普通的開式噴嘴進(jìn)行成型.開式噴嘴的壓力損失通常最小并且無(wú)需考慮機(jī)械動(dòng)作的可靠性,因此應(yīng)盡量使用這種噴嘴.不過(guò),由于VECTRA具有良好的流動(dòng)性,假如為了獲取更高的流動(dòng)性而特意把料筒溫度設(shè)得很高,則會(huì)出現(xiàn)流涎現(xiàn)象. 噴嘴加熱圈應(yīng)當(dāng)用獨(dú)立的控制器來(lái)控制.這樣的話,出現(xiàn)流涎和拉絲現(xiàn)象時(shí),降低噴嘴溫度將是一個(gè)有效方法.但如果過(guò)度降低料筒設(shè)定溫度,則會(huì)使流動(dòng)性變差,填充壓力急劇上升,冷料混入產(chǎn)品并產(chǎn)生氣泡.圖1中所示的“LCP噴嘴”既可阻止流涎和拉絲現(xiàn)象,同時(shí)又不會(huì)過(guò)度降低噴嘴溫度,因此有助于穩(wěn)定成型. VECTRA具有固化速度快且脫模性好的特點(diǎn),因此可進(jìn)行短周期成型.為了發(fā)揮這一優(yōu)勢(shì),應(yīng)盡量選用塑化能力強(qiáng)的成型機(jī).螺桿形狀一般以如下形狀為宜: ●螺桿前端的計(jì)量段有數(shù)個(gè)固定槽深的螺紋  ●完好的止逆閥  ●長(zhǎng)進(jìn)料式(輸送段較長(zhǎng),Long feeding type) 圖1. LCP噴嘴 ●噴嘴直徑小(φ1～2mm)  ●噴嘴前端有大功率加熱圈  ●把熱電偶設(shè)置在前端圖1.LCP噴嘴圖2.標(biāo)準(zhǔn)噴嘴五、模具設(shè)計(jì) VECTRA有各向異性,因此在模具設(shè)計(jì)時(shí)既要遵守各種基本原則,又要考慮這種特性. 成型品的物性取決于VECTRA自身與填充材料的取向及其程度,而這種取向則起因于材料流動(dòng)時(shí)的剪切力.因此,必須結(jié)合對(duì)最終產(chǎn)品的特性要求來(lái)考慮模腔內(nèi)的材料填充形式.一般來(lái)說(shuō),壁厚越薄,取向就越明顯.為使成型品符合特性要求,產(chǎn)品設(shè)計(jì)者應(yīng)與模具設(shè)計(jì)者密切合作. 此外,在熔合紋處有時(shí)無(wú)法發(fā)揮VECTRA的固有優(yōu)勢(shì),因此模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免出現(xiàn)熔合紋.1．模具材質(zhì) VECTRA對(duì)模具的腐蝕性較小,因此所有標(biāo)準(zhǔn)模具材料均可使用.有些填充材料也會(huì)使模具受到磨損,此時(shí)應(yīng)選用適當(dāng)?shù)匿摬?并像處理充填有同種填充材料的普通成型材料那樣采取淬火等措施.表2.各種模具對(duì)A130的耐磨損性模具材料模具表面狀態(tài)1000次注射后2000次注射后3000次注射后HPM31(SKD11)無(wú)變化無(wú)變化無(wú)變化STAVAX無(wú)變化無(wú)變化無(wú)變化HPM31是日立金屬工具鋼株式會(huì)社的塑料模具用鋼,STAVAX是則Uddeholm株式會(huì)社的塑料模具用鋼.２．流道 按加工易度排序的話通常為半圓形、梯形和圓形流道,而從截面積和壓力損失的角度排序(由好到壞)的話則為圓形、梯形和半圓形,因此建議使用圓形或梯形流道.如果同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性,最佳流道直徑取決于所需的流道長(zhǎng)度、產(chǎn)品大小等,因此不能一概而論,但通常為2～5mm.應(yīng)盡量縮短流道長(zhǎng)度.對(duì)于多腔模具而言,為了減少模腔間的差異,最好使到各個(gè)模腔的距離保持相等. 此外,如果主流道尺寸遠(yuǎn)大于注射成型機(jī)的噴嘴孔徑,主流道內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)噴射紋,卷入空氣,從而產(chǎn)生氣泡.為此,對(duì)于注射成型機(jī)的噴嘴孔徑,建議把主流道的最小直徑設(shè)計(jì)成比噴嘴孔徑大0.5mm左右,并將斜度設(shè)為0.5～1°. VECTRA本來(lái)具有良好的脫模性,但由于流動(dòng)性也很好,如果模具表面有傷,該傷就會(huì)被轉(zhuǎn)寫并大大降低脫模性.因此不能忽視流道和主流道的磨損.應(yīng)在流道和主流道的末端設(shè)置冷料井以防冷料流入產(chǎn)品.３．澆口 在VECTRA的模具設(shè)計(jì)中,澆口設(shè)計(jì)尤為重要. VECTRA有各向異性,因此必須在考慮填充方式的基礎(chǔ)上來(lái)確定澆口位置.特別是想要在產(chǎn)品的特定方向上發(fā)揮VECTRA的良好特性的情況下,原則上應(yīng)將其作為流動(dòng)方向. 如果產(chǎn)品形狀復(fù)雜且填充過(guò)程中方向紊亂,也可不必過(guò)于考慮澆口位置的影響. 側(cè)、點(diǎn)、潛伏等常用澆口方式均可使用.４．排氣口 VECTRA在成型時(shí)幾乎不會(huì)產(chǎn)生氣體,但為了排空模腔內(nèi)的空氣以便填充,設(shè)置排氣槽仍是個(gè)好方法.VECTRA用的排氣槽深度以1/100～2/100mm為宜.在這個(gè)深度下,截面很小,會(huì)使空氣流動(dòng)受到限制,因此不僅要在空氣容易滯留之處設(shè)置排氣槽,也要盡可能地在大的范圍內(nèi)設(shè)置排氣槽.六、成型加工特性(流動(dòng)性,成型收縮,后收縮)１．流動(dòng)性 VECTRA在0.2～0.3mm厚時(shí)的棒流動(dòng)長(zhǎng)度如圖3～4所示.即使與通用塑料和通用工程塑料相比(更別提各種超級(jí)工程塑料),也可得到極長(zhǎng)的棒流動(dòng)長(zhǎng)度,充分顯示出VECTRA的優(yōu)點(diǎn).由圖4可知,即使在薄壁(0.2mm)情況下也可輕松獲得30mm以上的流動(dòng)長(zhǎng)度,因而非常有利于薄壁成型.請(qǐng)?jiān)诋a(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)時(shí)參考這些資料.2．成型收縮率 表3.以及圖5～10給出了VECTRA各個(gè)等級(jí)的代表性成型收縮率.收縮率總體上很小,因此有助于保持正確的產(chǎn)品尺寸.特別是流動(dòng)方向的收縮率很小,而垂直方向的收縮率則較大.如果成型品形狀復(fù)雜且流向紊亂,實(shí)際上會(huì)取兩者的中間值視作平均收縮率以確定模腔尺寸. 表3.以及圖5～10給出的都是簡(jiǎn)單形狀的值,因此對(duì)于形狀復(fù)雜的實(shí)際成型品,可能會(huì)得出略有不同的值,但由于收縮率的絕對(duì)值很小,因此也可認(rèn)為對(duì)尺寸精度的影響也較小.不過(guò),如果是尺寸精度非常嚴(yán)格的產(chǎn)品,則應(yīng)考慮制作試驗(yàn)?zāi)２㈩A(yù)先測(cè)出其正確的收縮率,或者用正式模具修正預(yù)估收縮率以確定模腔尺寸.表3.各個(gè)等級(jí)的成型收縮率(單位:%)　單位A130E130iE473iT130S135S475流動(dòng)方向％0.010.020.030.070.080.1垂直方向％0.450.540.390.510.520.39*80mm□×1mmt平板,側(cè)澆口2mmt×1mmt,注射壓力60MPa 圖5.A130的成型收縮率 圖6.E130i的成型收縮率 圖7.E473i的成型收縮率 圖8.T130的成型收縮率圖9.S135的成型收縮率３．后收縮率 A130樹脂在150℃和200℃溫度下退火時(shí)間與后收縮率的關(guān)系如圖10所示.大約2小時(shí)的退火后,后收縮會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài),即收縮率不再變化.圖10.A130的后收縮率七、成型條件１．料筒溫度 普通的噴嘴和料筒溫度如表7-1所示.此設(shè)定是一種推薦標(biāo)準(zhǔn),也可根據(jù)成型狀態(tài)調(diào)整10～20℃.為了防止拉絲和流涎現(xiàn)象,可將噴嘴溫度調(diào)低10～20℃.不過(guò),請(qǐng)注意下面幾點(diǎn):·降低機(jī)筒溫度:冷料或不充分塑化導(dǎo)致機(jī)械特性等下降.·提高機(jī)筒溫度:料筒內(nèi)幾乎不會(huì)因滯留時(shí)間和長(zhǎng)時(shí)間滯留而產(chǎn)生凝膠或腐蝕性氣體,但長(zhǎng)時(shí)間中斷成型時(shí)應(yīng)降低機(jī)筒溫度,而重新開機(jī)前則應(yīng)進(jìn)行數(shù)次清洗(shot purge). 發(fā)生計(jì)量不良時(shí),建議將機(jī)筒溫度設(shè)定改為如下所示的平直或反斜設(shè)定. (例)對(duì)于E130i (NH) 350℃ - 350℃ - 350℃ - 350℃(平直) (NH) 350℃ - 350℃ - 360℃ - 370℃(提高料筒的后部溫度)表4.各個(gè)等級(jí)的推薦料筒溫度設(shè)定等級(jí)噴嘴前部中部后部水冷部等級(jí)A290℃～320℃290℃～320℃280℃～300℃270℃～310℃80℃等級(jí)B290℃～320℃290℃～320℃280℃～300℃270℃～310℃等級(jí)C330℃～350℃330℃～350℃320℃～340℃310℃～350℃等級(jí)D310℃～330℃310℃～330℃300℃～330℃300℃～340℃等級(jí)Ei340℃～365℃340℃～365℃340℃～360℃330℃～370℃等級(jí)S355℃～370℃355℃～370℃350℃～380℃350℃～390℃等級(jí)T370℃～380℃370℃～380℃370℃～390℃360℃～400℃２．模具溫度 建議在80～120℃范圍內(nèi)設(shè)定VECTRA的模具溫度.模具溫度處于80℃時(shí)通常沒有問(wèn)題,但如果存在光澤、表面光潔度等外觀問(wèn)題時(shí),建議使用高模溫.３．塑化 螺桿轉(zhuǎn)速通常為100rpm,不過(guò)也可使用高轉(zhuǎn)速以加快循環(huán)和提高計(jì)量穩(wěn)定性. 為了防止流涎和纖維折損,建議將背壓設(shè)為0～2MPa.４．注射壓力和注射速度 VECTRA的所有等級(jí)的熔融粘度都很低,因此通?？稍谶h(yuǎn)低于普通熱塑性樹脂的壓力下進(jìn)行成型.大部分成型品都可在15～45MPa的樹脂壓力下進(jìn)行成型.此外,VECTRA的固化速度很快,因此快速注射可獲得良好效果.５．成型機(jī)的停止和開啟與材料切換 ①成型停止時(shí) 停止成型時(shí),應(yīng)徹底清洗機(jī)筒內(nèi)的殘留樹脂. 如果下次用相同的材料來(lái)成型,只需清洗即可,但如果下次用不同的樹脂來(lái)成型,則應(yīng)切換清洗材料.此時(shí)應(yīng)選用可適應(yīng)前一種樹脂的成型溫度的清洗材料.例如,具有與VECTRA相同的成型溫度和良好熱穩(wěn)定性的樹脂包括含有玻璃纖維的聚碳酸酯、高密度聚乙烯、市售的丙烯酸類等. 不同等級(jí)的VECTRA的成型溫度相差很大. 值得注意的是清洗材料因等級(jí)而異. ②成型開始時(shí) 如果機(jī)筒內(nèi)的樹脂在VECTRA成型溫度范圍內(nèi)是穩(wěn)定的,則可直接加熱至VECTRA的成型溫度,然后用VECTRA進(jìn)行清洗.不過(guò),由于VECTRA的熔融粘度很低,料筒內(nèi)的殘留樹脂難以被完全清洗出,因此要徹底清洗.一個(gè)簡(jiǎn)單有效的方法是先用含有玻璃纖維的聚碳酸酯清洗,然后再用VECTRA清洗. 如果殘留樹脂的成型溫度范圍不同于VECTRA,建議將機(jī)筒溫度調(diào)至機(jī)筒中殘留樹脂的成型溫度,接著用在VECTRA和殘留樹脂兩者的成型溫度下均可使用并且具有良好熱穩(wěn)定性的樹脂(含有玻璃纖維的聚碳酸酯、高密度聚乙烯、(視情況而定的)聚碳酸酯等)清洗,然后設(shè)成VECTRA的成型溫度并在上述VECTRA的成型溫度范圍內(nèi)像使用穩(wěn)定樹脂進(jìn)行清洗. 如果機(jī)筒內(nèi)的樹脂是VECTRA,則可直接地加熱至VECTRA的成型溫度并用VECTRA進(jìn)行清洗.不過(guò),VECTRA的成型溫度范圍因等級(jí)而異,因此應(yīng)確認(rèn)所用的溫度范圍.如果所用溫度不同,即便都是VECTRA也應(yīng)如上述成型溫度范圍不同的樹脂一樣進(jìn)行清洗. ③切換樹脂時(shí) 如果是可直接與VECTRA切換的樹脂,可參照上述成型停止和開始方法,在保持料筒溫度的同時(shí)直接進(jìn)行清洗.如果是不能原封不動(dòng)地與VECTRA切換的樹脂,則建議用在VECTRA和想要切換的樹脂兩者的成型溫度下均可使用并且具有良好熱穩(wěn)定性的樹脂(含有玻璃纖維的聚碳酸酯、高密度聚乙烯等)清洗,然后設(shè)成成型溫度. 特別是在向VECTRA切換并且殘留樹脂的粘度大于VECTRA的情況下,由于切換難度大,因此更應(yīng)徹底清洗. ④其他如果長(zhǎng)期滯留在機(jī)筒內(nèi),VECTRA有時(shí)也會(huì)劣化成異物,此時(shí)必須充分清洗. 如果黑色著色品等深色材料難以徹底去色,建議先用含有玻璃纖維的聚碳酸酯清洗,接著用聚乙烯清洗,然后再用兩者反復(fù)交替清洗.將料筒內(nèi)的清洗材料完全排出后再裝入下一種清洗材料的話效果會(huì)更好. ＊在使用各種清機(jī)料清掃之時(shí),請(qǐng)先確認(rèn)各清機(jī)料的MSDS.八、安全注意事項(xiàng) 只要遵守成型業(yè)界的一些基本安全注意事項(xiàng),VECTRA成型中就不會(huì)發(fā)生危險(xiǎn).不過(guò),與其他塑料一樣,VECTRA在很高的溫度下被加熱后會(huì)產(chǎn)生分解物.如果換氣不足,這些分解物有時(shí)會(huì)蓄積起來(lái)并造成衛(wèi)生損害,因此應(yīng)適當(dāng)換氣. 為了防止產(chǎn)生熱分解、引發(fā)氣體以及料筒內(nèi)壓,應(yīng)將等級(jí)A、B、C、D/等級(jí)Ei/等級(jí)T、S的樹脂溫度分別控制在350℃/370℃/385℃以下.由于這些溫度遠(yuǎn)高于普通成型溫度,因此不必加熱到如此高的溫度.如果要短時(shí)間中斷成型,雖然可在成型溫度下放置,但再次開機(jī)時(shí)則要充分清洗.如果放置時(shí)間超過(guò)30分鐘時(shí),應(yīng)將成型溫度調(diào)低50℃左右. 供給粒料并轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿前,應(yīng)使料筒有足夠的加熱時(shí)間以使溫度至少達(dá)到各個(gè)等級(jí)的成型溫度-10℃.作業(yè)人員應(yīng)戴護(hù)目鏡(特別是在清洗時(shí)).操作很燙的模具時(shí)應(yīng)使用防護(hù)手套.成型暫停期間,應(yīng)使注射裝置回退以免因接觸模具而導(dǎo)致噴嘴固化.